[发明专利]一种无机-有机复合结构的异质结气体传感器

说明书

本发明涉及一种无机‑有机复合结构的异质结气体传感器，包括基板和设在基板上的功能层，所述的功能层包括无机半导体层和有机半导体层，所述的无机半导体层位于基板的上方，有机半导体层位于无机半导体层的上方，功能层的两端均设有金属电极，通过检测金属电极两端的电流来进行气体的定量检测。与现有技术相比，本发明具有结构简单、制作成本低、灵敏度高、易于集成、制备方法多样化等优点。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器，尤其是涉及一种无机-有机复合结构的异质结气体传感器。

背景技术

传感器是现代信息系统和各种装备必需的信息采集手段，传感技术已成为现代信息技术中必不可少的主要技术。气体传感器是传感技术的一个重要分支，它能将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号，从而进行检测、监控、分析和报警。自1964年，Wickens等人利用气体在电极上的氧化还原反应制备出第一个气体传感器以来，气体传感器开始在全世界范围内蓬勃发展。根据气体传感器所使用的气敏材料及其与待测气体之间的相互作用的效应不同，气体传感器主要分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、石英谐振式气体传感器和声表面波气体传感器等。

随着有机半导体科学的迅速发展，很多对有毒有害气体(如甲醛、NO₂、NH₃、CO等)较为敏感的有机半导体材料越来越引起人们关注。目前，已有大量文献表明，利用有机场效应晶体管的有机半导体层可以实现对气体的高灵敏度检测[Biosens.Bioelectron.22(2007)3182,Biosens.Bioelectron.24(2009)2935,Appl.Phys.Lett.99(2010)073301]。除此之外，研究者们也发现采用有机-有机异质结结构同样可以实现对气体的检测，纪世良等人[Adv.Mater.25(2013)1755]基于p-6P/PTCDI-Ph异质结制作了NO₂气体传感器，具有良好的反应灵敏度和恢复时间。

有机异质结由于电荷转移作用，在界面处会产生大量的电荷，这种电荷会使得原本导电性不佳的有机半导体材料变得可以导电[Appl.Phys.Lett.87(2005)093507,Nat.Mater.11(2012)788]。而产生的电荷积累层对于外界的影响非常敏感，具体表现为电荷积累的数量会随着外界的影响(如光、气体、生物分子吸附)而发生变化，从而引起到异质结的载流子浓度和导电性能变化。利用这种特性，有机异质结可以被用来制作一种新型的气体传感器，通过测量有机异质结器件的导电性能变化来检测气体分子。但是有机-有机异质结传感器存在界面电荷积累浓度低、有机半导体结构性质不稳定的缺点(特别是针对N型有机半导体材料)，此外在有机半导体表面很难进行进一步的加工(如光刻)，这都严重制约了有机-有机异质结传感器的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、制作成本低、灵敏度高、检测方法多样化的无机-有机复合结构的异质结气体传感器。

本发明的工作原理在于利用异质结界面积累电荷对于气体分子表面吸附的高度敏感性，来进行气体分子的检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无机-有机复合结构的异质结气体传感器，包括基板和设在基板上的功能层，所述的功能层包括无机半导体层和有机半导体层，所述的无机半导体层位于基板的上方，有机半导体层位于无机半导体层的上方，功能层的两端均设有金属电极，通过检测金属电极两端的电流来进行气体的定量检测。

作为优选的实施方式，所述的无机半导体层采用N型无机半导体材料，有机半导体层采用P型有机半导体材料。

作为优选的实施方式：

所述的N型无机半导体材料选自铟镓锌氧化物、铟铝锌氧化物、锌铟锡氧化物、铪铟锌氧化物、氧化铟锌和掺铪氧化锌中的一种；